L'objet de l'invention consiste d'une part en une préparation en
poudre de mannoprotéines soluble dans l'eau et dans toutes les solutions
hydro-alcooliques et d'autre part en une méthode d'obtention d'une
poudre desdites mannoprotéines.
Les mannoprotéines sont des molécules complexes correspondant à
des mannanes liées à des protéines, dont une des sources les plus
intéressantes sont les parois des cellules de levure, dont elles sont un des
constituants importants.
Une difficulté non résolue jusqu'à maintenant est d'obtenir
industriellement des mannoprotéines en poudre donnant des solutions
limpides et ayant de manière reproductible des propriétés rendant
intéressant leur emploi dans l'élaboration des denrées et boissons
humaines.
L'objet de l'invention est une poudre de mannoprotéines séchées
ayant les caractéristiques suivantes :
- teneur en matière sèche au moins égale à 92%, de préférence au
moins égale à 95% ;
- de préférence, teneur en protéines (N x 6,25) par rapport à la
matière sèche comprise entre 20 et 50%, et encore de préférence
entre 29 et 50% ;
- teneur en glucides totaux par rapport à la matière sèche
comprise de préférence entre 43 et 82%, de préférence entre 43
et 75%, et encore de préférence entre 43 et 70%, encore plus
préférentiellement entre 50 et 70% dont au moins 80% et de
préférence au moins 90% sont sous forme d'une chaíne de
mannose ;
- de préférence, teneur en phosphore, exprimée en P205, par
rapport à la matière sèche comprise entre 1 et 5,75%, de
préférence entre 2,75 % et 5,75 %, et encore de préférence entre
3 et 4,5% ;
- la turbidité d'une solution à 1 g/litre dans l'eau de cette poudre
de mannoprotéines mesurée par néphélométrie à pH 3,5 est
inférieure ou égale à 6 NTU, de préférence inférieure ou égale à
4 NTU et encore de préférence inférieure ou égale à 3 NTU ;
- la turbidité d'une solution hydroalcoolique à 1 g/litre de cette
poudre de mannoprotéines mesurée par néphélométrie à pH
3,5 et à 12° GL (°Gay-Lussac correspondant au pourcentage
volume/volume d'alcool = éthanol) est inférieure ou égale à 35
NTU, de préférence inférieure ou égale à 20 NTU et encore de
préférence inférieure ou égale à 10 NTU.
La turbidité exprimée en NTU (Unité de Turbidité néphélométrique
ou encore Unité néphélémétrique de turbidité ou «Nephelometric
Turbidity Unit ») est la mesure de la clarté optique d'un liquide. Elle
permet d'apprécier la présence de traces de particules colloïdales dans
l'eau pure. Cela en fait donc une mesure de choix pour apprécier la
solubilité des mannoprotéines dans l'eau ou dans une solution hydroalcoolique.
Elle est également très généralement utilisée pour apprécier la
limpidité des vins.
La littérature et notamment The Yeasts - Second Edition - Volume
4 : Yeast Organelles p.214-223 edited by A.H. Rose and J.S. Harrison -
Academic Press 1991, décrit plusieurs procédés d'obtention (ou de
préparation) de mannoprotéines : une préparation par voie physique, une
préparation par voie enzymatique. Les procédés décrits ont conduit à
différents isolements de mannoprotéines.
Ces mannoprotéines, en général extraites des cellules de levure de
l'espèce Saccharomyces cerevisiae, ont un ensemble de propriétés
intéressantes :
- des propriétés émulsifiantes,
- des propriétés de stabilisation des vins contre la casse protéique,
- des propriétés de stabilisation des vins contre la précipitation
tartrique.
La difficulté non résolue est la mise au point d'un procédé
permettant d'obtenir à l'échelle industrielle des mannoprotéines ayant les
propriétés recherchées, notamment un fort pouvoir protecteur contre la
précipitation tartrique des vins et répondant aux critères de solubilité
définis ci-dessus. En effet, chez Saccharomyces cerevisiae par exemple, les
mannoprotéines font partie d'une structure complexe dans laquelle on
trouve d'autres glycoprotéines, des polysaccharides, des lipoprotéines et
des protéines. Les parois cellulaires représentent environ 30% en poids de
la cellule de levure, les mannoprotéines représentant moins de 30% des
parois de la cellule de levure.
De manière générale, tous les pourcentages sont exprimés en poids.
Le procédé d'obtention de mannoprotéines selon l'invention, tel
que représenté par exemple sur la figure 1, permet de résoudre cette
difficulté.
Ce procédé comprend au moins trois parties ou étapes principales
successives. Ce procédé comprend au moins quatre parties, si on distingue
dans ces étapes, l'étape obligatoire de la séparation de la fraction
solubilisée des parois de cellules de levure après la solubilisation contrôlée
et sélective desdites parois :
a) la séparation des parois de cellules de levure (ou écorces de
levure) contenant des glucanes et des mannanes du contenu
cellulaire, de préférence par autolyse des cellules de levure, de
préférence des cellules de Saccharomyces cerevisiae. En d'autres
termes, les parois de cellules de levure ou écorces de levure sont
obtenues par un procédé qui, par une dégradation enzymatique
du contenu cellulaire des levures, permet de séparer une
fraction insoluble contenant principalement les parois des
cellules de levure ; b) la solubilisation sélective des parois de cellules de levure issues
de l'étape ci-dessus par un procédé d'hydrolyse contrôlée
physique ou enzymatique permettant de récupérer une fraction
solubilisée riche en mannoprotéines ; c) la séparation des fractions solubilisées et insolubles pour ne
conserver que la fraction solubilisée riche en mannoprotéines ; d) la purification de ladite fraction solubilisée en vue de l'obtention
de mannoprotéines solubles, ayant les propriétés recherchées ;
La fraction solubilisée purifiée est ensuite concentrée et
éventuellement séchée.
Ces trois parties ou étapes principales du procédé selon
l'invention : a), b) et d), se caractérisent par les mesures suivantes :
a) séparation des parois des cellules de levure (ou écorces de
levure) du contenu cellulaire des levures
La première étape du procédé selon l'invention consiste à
solubiliser sélectivement le contenu cellulaire des cellules de levures, de
manière à obtenir une fraction insoluble correspondant essentiellement aux
parois cellulaires ou écorces. Le moyen préféré pour opérer cette
solubilisation sélective du contenu cellulaire, c'est de recourir à une
autolyse des cellules de levure selon les procédés classiques de fabrication
des extraits de levure.
L'autolyse des cellules de levure est définie de manière générale
comme la solubilisation ou hydrolyse du contenu cellulaire des cellules de
levure par les enzymes internes aux cellules de levure, avec ajout
éventuellement à la suspension de cellules en autolyse de protéases,
comme par exemple la papaïne. L'autolyse de cellules de levure est
notamment décrite pages 370 à 377 dans l'ouvrage de référence "Yeast
Technology", 2nd edition, 1991, G. Reed and T.W. Nagodawithana,
published by Van Nostrand Reinhold, New York, ISBN 0-442-31892-8.
Le procédé d'autolyse d'une crème de levure (suspension de
cellules de levure dans de l'eau), de préférence d'une crème de levures de
boulangerie Saccharomyces cerevisiae, est conduit de façon à pouvoir séparer
des parois de cellules de levure, aptes à être utilisées comme matière
première pour la production de mannoprotéines.
On obtient après séparation de la fraction solubilisée appelée
généralement extrait de levure ou autolysat de levure, des parois de
cellules de levure ou écorces de levure aptes à être utilisées pour la
production de mannoprotéines notamment lorsque l'autolyse de la crème
de levure est conduite de manière à solubiliser entre environ 50% et
environ 73% des matières sèches cellulaires, de préférence entre 60 et 70%
desdites matières sèches cellulaires. En d'autres termes, la première étape
du procédé selon l'invention est une étape d'obtention d'une suspension
de parois de cellules de levure ayant des caractéristiques identiques ou
similaires à celles d'une suspension de parois de cellules de levure obtenus
après une autolyse desdites cellules de levure solubilisant environ 50% à
environ 73% des matières sèches totales des cellules de levure, de
préférence 50 à 70% et encore de préférence 60 à 70% desdites matières
sèches des cellules de levure.
Ce taux de solubilisation (T.S.) :
T.S. = quantité de matière sèche soluble après hydrolyse quantité de matière sèche de départ = SD
est généralement estimé par la formule approximative suivante :
T.S. = ESs x (100- ESd) (100- ESs) x ESd
où ESd = Extrait sec en % de l'ensemble en suspension ou extrait sec total
de départ.
ESs = Extrait sec en % de la solution obtenue après hydrolyse et
séparation de l'insoluble.Etant précisé que l'on considère dans la présente
demande que les expressions « extrait sec » et « matières sèches » ou « ES »
ou « matière sèche » sont synonymes.
Les matières sèches sont mesurées de préférence à l'étuve à environ
105°C, l'échantillon dont les matières sèches sont mesurées étant laissé,
comme usuel selon les bonnes pratiques de laboratoire, dans l'étuve,
jusqu'à ce que le poids après dessiccation soit constant.
Cette formule est basée sur l'hypothèse que la quantité d'eau de la
suspension de départ ayant une concentration ESd en matière sèche et celle
de la solution résultat de la solubilisation et ayant une concentration ESs en
matière sèche, sont constantes. Cette hypothèse pose problème du fait des
riques d'évaporation, et du fait aussi que l'hydrolyse mobilise, par
définition, une certaine quantité d'eau, en général négligeable. Si la
quantité d'eau liée par l'hydrolyse est négligeable par rapport au poids
d'eau total, un moyen pour ne pas avoir à tenir compte de l'évaporation
lors de l'hydrolyse est de mesurer ESd sur une suspension homogène
réalisée après l'hydrolyse et, avant séparation des diverses fractions (ESd =
Extrait sec total de l'ensemble). Si les artefacts ne sont pas négligeables, des
bilans doivent être faits pour corriger cette formule.
La fraction insoluble contenant essentiellement les parois de
cellules de levure est séparée de l'extrait de levure solubilisé par l'autolyse
par des moyens classiques, en général par centrifugation, de préférence
après une pasteurisation de l'ensemble. Cette fraction insoluble
correspondant à une suspension de parois de cellules de levure fera de
préférence l'objet d'un lavage important, de manière à bien éliminer de la
suspension de parois cellulaires ou écorces de levure les fractions
solubilisées du contenu cellulaire qui pourraient être retenues.
De préférence, la suspension issue de l'autolyse contenant la
fraction insoluble, obtenue après séparation de la fraction solubilisée par
l'autolyse, et qui sera soumise à la seconde étape de solubilisation des
mannoprotéines par hydrolyse contrôlée aura la composition suivante :
- teneur en matière sèche comprise entre 5 et 20%, de préférence
entre 10 et 15% et encore de préférence entre 12 et 13%,
- teneur en azote par rapport à la matière sèche comprise entre
1,5 et 3,5%, de préférence entre 1,5 et 3%, et encore de
préférence entre 1,5 et 2,5%, et encore plus préférentiellement
entre 1,5 et 2%,
- teneur en glucides totaux par rapport à la matière sèche
comprise entre 40 et 60%, parmi lesquels entre 30 et 40 % de ces
glucides sont sous forme de mannanes,
- teneur en lipides par rapport à la matière sèche comprise entre
20 et 30%,
- teneur en matières minérales par rapport à la matière sèche
comprise entre 5 et 10%,
- teneur en phosphore, exprimée en P2O5, par rapport à la matière
sèche comprise entre 2 et 5%, de préférence entre 1,8 et 4%,
encore de préférence entre 1,8 et 2,3%
- pH compris entre 5 et 7, de préférence entre 6 et 7.
L'homme de l'art connaít bien les méthodes adaptées à l'analyse
des levures et des fractions de levures, de manière à obtenir des résultats
analytiques aussi exacts que possible. L'inventeur a employé plus
particulièrement les méthodes dont les principes généraux sont décrits
dans la présente description ci-dessus et ci-dessous .
La teneur en matière sèche ou extrait sec (mesure à l'étuve comme
indiqué ci-dessus), l'azote (azote Kjedhal), le P205, sont mesurés selon les
méthodes conventionnelles classiques.
La teneur en protéines correspond aux protéines conventionnelles
(N x 6,25).
Les matières minérales sont mesurées par incinération à 800°C
pendant 18 heures.
Les lipides sont dosés par une méthode gravimétrique de type
DRAPRON (hydrolyse par HCl concentré et chaud, récupération soigneuse
du résidu après lavage, extraction au Soxhlet à chaud sous reflux avec éther
de pétrole).
La teneur en glucides totaux est exprimée sur la base d'un
équivalent mannose et dosée selon une méthode classique de coloration à
l'anthrone après hydrolyse acide.
La teneur en glucanes ou mannanes est estimée par le dosage
spécifique du glucose ou du mannose après hydrolyse des molécules de
glucanes ou mannanes selon les procédés classiques d'hydrolyse des
glucides afin de les doser. Toutes les valeurs données sont donc indiquées à
partir d'un dosage d'un équivalent glucose ou mannose.
Le mannose peut être notamment dosé des deux manières
suivantes :
1. Dosage par voie enzymatique.
Après hydrolyse ménagée à chaud des parois de cellules de levure
(écorces de levure) avec de l'acide chlorhydrique (2N), ce qui permet
d'hydrolyser les polymères de glucanes et de mannanes, le mannose est
dosé spécifiquement par voie enzymatique selon les réactions suivantes :
- Mannose + ATP --> Mannose-6-P + ADP sous l'action d'une
hexokinase (HK).
- Mannose-6-P --> Fructose-6-P sous l'action d'une
phosphomannose isomérase (PMI) spécifique.
- Fructose 6-P --> Glucose-6-P sous l'action d'une phosphoglucose
isomérase (PGI).
- Le Glucose 6-P réagit à son tour avec le NADP, NADP qui est
transformé en NADPH.
- Le NADPH libéré est dosé par spectrophotométrie à 340 nm.
Il est également possible de doser spécifiquement le glucose par
voie enzymatique et de calculer ainsi le pourcentage de résidus mannanes
par rapport aux glucides (Rapport teneur en mannose sur teneur en
mannose et glucose).
Les enzymes nécessaires à ces dosages enzymatiques spécifiques du
glucose et du mannose peuvent être achetées sous forme de kits de dosage
par exemple à la société Boehringer Mannheim GmbH, maintenant Roche
Diagnostic.
2. Dosage par la méthode à l'anthrone après extraction et purification de
la fraction mannanes.
Les parois de cellules de levure (ou écorces de levure) sont traitées
dans un premier temps à l'acide trichloracétique, ce qui permet d'éliminer
la fraction soluble contenant éventuellement le tréhalose.
La partie insoluble est traitée ensuite au Na2C03 (carbonate de
sodium) pour éliminer les glucanes et éventuellement le glycogène acide
qui restent dans la partie insoluble.
La partie solubilisée contenant les mannanes et éventuellement le
glycogène alcalin est traitée à la soude et au sulfate de cuivre, ce qui
précipite les mannanes qui sont récupérés par simple filtration.
Ce précipité est re-dissous et hydrolysé complètement avec de
l'acide sulfurique et le dosage des mannanes est effectué sur la solution
obtenue par la méthode colorimétrique à l'anthrone de dosage des sucres
réducteurs en utilisant une gamme étalon mannose.
De manière générale, un bilan a peu près exact ne peut être obtenu
qu'en combinant ces différentes méthodes. Toutes les mesures de glucides
par hydrolyse sont en théorie par excès car l'hydrolyse lie une partie de
l'eau, par contre cette hydrolyse peut être incomplète.
b) hydrolyse contrôlée des parois de cellules de levure
La solubilisation spécifique ou sélective des mannoprotéines
contenues dans les parois de cellules de levure issus de la première étape
ou première partie du procédé est obtenue par hydrolyse contrôlée soit par
voie physico-chimique, soit par voie enzymatique.
Cette solubilisation est appelée improprement hydrolyse des parois
de cellules de levure. Dans ces parois ou écorces insolubles, les
mannoprotéines sont emprisonnées dans un réseau notamment formé par
des glucanes. Il est nécessaire de désagréger ce réseau soit par voie
physicochimique (par exemple en solution aqueuse, sous l'action de la
température) soit par voie enzymatique (par exemple sous l'action de
glucanases).
Cette hydrolyse ou solubilisation doit être menée de façon
contrôlée et sélective de manière :
- d'une part à libérer un maximum de mannoprotéines présentes ;
- d'autre part à libérer un minimum de macromolécules
colloïdales complexes qui vont former des troubles, et avoir
rapidement un effet colmatant dans toutes les opérations
d'épuration par filtration.
En effet, le procédé selon l'invention réside dans une sélection
d'étapes permettant d'obtenir une fraction solubilisée où la quasi-totalité
des macromolécules présentes sont des mannoprotéines, avec un minimum
d'autres macromolécules susceptibles de former des troubles gênants.
L'avantage dans le procédé selon l'invention de séparer d'abord une
fraction insoluble contenant essentiellement les parois des cellules de
levures est d'éliminer dès ce stade toutes les autres macromolécules
appartenant au contenu cellulaire et susceptibles de se solubiliser en même
temps que les mannoprotéines. La solubilisation des parois cellulaires doit
être sélective, c'est-à-dire contrôlée de manière à être arrêtée, lorsque des
macromolécules colloïdales en qualité ou en quantité rendant pratiquement
impossible leur élimination risquent d'être solubilisées avec les
mannoprotéines. En effet, il ne suffit pas de solubiliser les mannoprotéines,
le problème le plus délicat est d'obtenir une fraction purifiée sans
hydrocolloïdes provoquant des troubles en solution. L'hydrolyse doit être
contrôlée de manière à permettre la séparation d'une fraction solubilisée
contenant les mannoprotéines solubilisées avec uniquement des
macromolécules colloïdales pouvant être éliminées lors du traitement de
purification. Si l'hydrolyse est trop importante, une quantité supérieure de
mannanes peut être extraite, mais l'extrait devient pratiquement impossible
à purifier, quel que soit l'ensemble des techniques mises en oeuvre. En
conséquence, cet extrait devient notamment inutilisable en vinification, car
il va créer un trouble inacceptable dans le vin.
L'hydrolyse contrôlée des parois de cellules de levure se fait de
préférence à l'aide de la chaleur et est conduite de manière à ce que le taux
de solubilisation de la fraction solubilisée, calculé selon la formule :
T.S = ESs x (100- ESd) (100- ESs) x ESd
avec ESd mesuré sur une suspension homogène de l'ensemble réalisée
après hydrolyse et avant séparation des diverses fractions, soit compris
entre 15 et 26% de la matière sèche mises en oeuvre et de préférence entre
18 et 25%, et encore de préférence entre 17 et 20%.
De préférence, la solubilisation des mannoprotéines est opérée par
hydrolyse thermique à une valeur de pH comprise entre 6 et 7.
L'hydrolyse thermique contrôlée des parois de cellules de levure
est menée de préférence entre pH 6 et pH 7, de préférence entre 95 et
100°C, et de préférence pendant une durée comprise entre 15 et 30 heures
et encore de préférence entre 17 et 25 heures, et encore de préférence entre
17 et 22 heures.
De manière générale, la sélection du taux de solubilisation dépend
de la fraction de parois insolubles de cellules de levure mise en oeuvre, du
procédé de solubilisation et des résultats des mesures de turbidité faites
après séparation de la fraction solubilisée. Il peut dépendre également de
l'application recherchée.
Le principal critère est le suivant et il est valable quel que soit le
procédé de solubilisation :
l'étape d'hydrolyse contrôlée des parois de cellules de levure est
conduite de manière à ce que la fraction solubilisée obtenue après l'étape
d'hydrolyse et après l'étape de séparation de la fraction insoluble, ait une
valeur de turbidité de moins de 30 NTU, de préférence de moins de 20
NTU, et encore de préférence de moins de 15 NTU et encore plus
préférentiellement de moins de 10 NTU lorsqu'elle est mesurée par
néphélométrie dans une solution aqueuse diluée contenant 1% de matières
sèches, à une valeur de pH comprise entre 5 et 7, de préférence entre 6 et 7.
c) séparation de la fraction insoluble des écorces hydrolysées
pour ne conserver que la fraction solubilisée
Après l'étape d'hydrolyse contrôlée, la suspension de parois de
cellules de levure hydrolysées (ou crème d'écorces de levure hydrolysées)
est diluée par 2 à 6 volumes d'eau (de préférence à une température
comprise entre 1°C et 25°C) jusqu'à une concentration comprise entre 1 et
6% de matière sèche, de préférence entre 3 et 5% de matière sèche, avant de
procéder à la séparation de la fraction solubilisée riche en mannoprotéines
et de la fraction insoluble. Cette dilution a pour objectif de rendre plus
efficace la séparation de l'insoluble, en particulier lorsque cette séparation
est effectuée par centrifugation.
Les matières solubilisées riches en mannoprotéines sont alors
séparées des matières demeurant insolubles.
De préférence, la fraction solubilisée est séparée par centrifugation
de la partie insoluble.
Dans les conditions décrites ci-dessus, la séparation centrifuge sur
séparateur à buses donne un surnageant d'indice turbidimétrique inférieur
à 30 NTU pour une teneur en matière sèche d'environ 1,0%, de préférence
moins de 20 NTU et encore de préférence moins de 15 NTU.
Ces opérations conduisent à une solution après séparation
(surnageant de centrifugation si la séparation est faite par centrifugation)
ayant les caractéristiques suivantes :
- teneur en matière sèche comprise entre 0,5 et 3%, de préférence
entre 0,5% et 1,5% ;
- teneur en protéines (N x 6,25) par rapport à la matière sèche
comprise entre 15 et 55%, de préférence entre 20 et 50% ;
- teneur en glucides totaux par rapport à la matière sèche
comprise entre 40 et 80 %, de préférence entre 40 et 75%, et
encore de préférence entre 50 et 67% dont au moins 75% de
mannanes et de préférence au moins 80% de mannanes, et
encore de préférence au moins 85% de mannanes ;
- teneur en phosphore, exprimée en P205, par rapport à la matière
sèche comprise entre 1 et 6,00%, de préférence entre 2,75 et
6,00%, et encore de préférence entre 2,75 et 4,5%;
- pH compris entre 6 et 7.
Après séparation de la fraction insoluble, la fraction solubilisée,
lorsqu'elle est diluée ou ajustée à une concentration de 1% de matière sèche
dans l'eau, présente une turbidité néphélométrique mesurée à une valeur
de pH comprise entre 5 et 7 de moins de 30 NTU, de préférence moins de
20 NTU, et encore de préférence moins de 15 NTU et encore plus
préférentiellement moins de 10 NTU.
d) Purification des mannoprotéines
La purification des mannoprotéines est pratiquement impossible à
réaliser quand l'hydrolyse des parois de cellules de levure est menée sans
ménagement et conduit à la libération de trop d'hydrocolloïdes. Par contre,
si l'hydrolyse est menée à partir des parois de cellules de levure obtenus
selon la partie 1 du procédé selon l'invention, de façon ménagée (c'est-à-dire
contrôlée et sélective) selon la partie 2 du procédé selon l'invention, la
purification peut être menée de manière très simple.
Lorsque l'hydrolyse contrôlée des parois de cellules de levures a été
opérée par voie enzymatique de manière à ce que la fraction solubilisée
après l'étape de séparation ait une valeur de turbidité de moins de 30 NTU,
de préférence de moins de 20 NTU, lorsqu'elle est mesurée par
néphélométrie dans une solution aqueuse diluée contenant 1% de matière
sèche, à pH entre 5 et 7, une ultrafiltration/diafiltration est nécessaire pour
éliminer les molécules de poids moléculaire inférieur à 10000 daltons
libérées par l'action de la glucanase. En effet, de manière générale, les
mannoprotéines selon l'invention sont constituées essentiellement de
molécules ayant un poids moléculaire supérieur à 10000 daltons. Les
ultrafiltrats/diafiltrats sont éliminés et le retentat qui est trouble peut être
purifié par une réfrigération à 4°C pendant 24 heures suivie d'une
clarification, cette clarification étant suivie si nécessaire ou remplacée par
une microfiltration en profondeur, ces étapes de purification étant les
mêmes que celles décrites ci-après.
Lorsque l'hydrolyse contrôlée a été conduite par voie
physicochimique, par exemple par voie thermique comme indiqué ci-dessus,
pour obtenir une solution de mannoprotéines ayant les
caractéristiques de turbidité rappelées dans les paragraphes ci-dessus,
ladite solution est soumise aux différentes étapes d'extraction-purification
suivantes :
- préconcentration de la fraction solubilisée et séparée, de
préférence par évaporation sous vide, jusqu'à des valeurs
comprises entre 10 et 20% de matière sèche, de préférence entre
13 et 17% de matière sèche;
- réfrigération de la fraction préconcentrée et maintien à une
température comprise entre 0 et 6°C jusqu'à ce que sa turbidité
n'augmente plus. Ce traitement au froid se fait de préférence
pendant au moins 24 heures ;
- séparation des macromolécules colloïdales précipitées au froid
par clarification centrifuge. La clarification centrifuge est
réalisée de préférence à au moins 10 000 g sur séparateur auto-débourbeur
;
cette purification étant suivie des étapes complémentaires suivantes :
- concentration, par exemple par évaporation sous vide, de
l'extrait clarifié ;
- éventuellement, séchage (par exemple par atomisation en
conditions ménageantes ou par lyophilisation).
Au cours de l'opération de préconcentration, la turbidité de la
solution augmente de façon importante. Elle est multipliée par un facteur 5
à 10 à matière sèche égale. L'étape de clarification à froid permet de diviser
cette turbidité par un facteur 3.
Des variantes à ce procédé peuvent être introduites après l'étape de
préconcentration ou après la précipitation par le froid et la clarification
centrifuge et avant la concentration. Ces variantes consistent en une
microfiltration frontale en profondeur permettant d'éliminer tous les
composés de nature colloïdale, par exemple de type lipoprotéines ou
glycoprotéines (autres que les mannoprotéines), qui peuvent subsister et
apporter un trouble à l'extrait de mannoprotéines, afin d'obtenir un
produit final soluble.
Plusieurs techniques de microfiltration en profondeur sont
envisageables et notamment par exemple :
1.
La filtration sur plaques de cellulose.
Cette technique permet d'abaisser l'indice turbidimétrique de la
solution concentrée de mannoprotéines à 5 NTU ou moins de 5 NTU en
solution normalisée à 1% de matière sèche avec un seuil de rétention du
filtre en profondeur de 10µm. (valeur du pH comprise entre 6 et 7).
L'extrait de mannoprotéines est envoyé au moyen d'une pompe
volumétrique dans un filtre en acier inoxydable, stérilisable, pourvu de
plateaux entre lesquels sont positionnées les plaques filtrantes - la filtration
est effectuée sous légère pression (0,5 bar) - l'élévation de pression révèle
un colmatage des média de filtration.
Les plaques filtrantes sont en cellulose - elles retiennent non
seulement les particules dont la taille est supérieure à leur seuil d'arrêt (1 à
20 µm, selon le modèle utilisé) mais aussi les troubles colloïdaux par effet
d'adsorption dans la masse des fibres cellulosiques.
L'emploi de plaques de cellulose imprégnées de charbon actif est
également intéressant pour éliminer d'éventuels résidus de petits poids
moléculaires aromatiques et colorés, normalement éliminés lors des étapes
précédentes.
2.
La filtration sur cartouches.
La filtration sur cartouches dont le seuil d'arrêt est supérieur ou
égal à 1 µm est insuffisante : seules les particules de taille supérieure à ce
seuil sont arrêtées ; l'effet d'adsorption des troubles colloïdaux est moindre,
il est partiel et non durable.
Pour éviter cet inconvénient et obtenir un jus parfaitement clarifié,
équivalent au filtrat obtenu sur plaque cellulose, il est nécessaire de
repasser le filtrat précédent sur une deuxième cartouche de 0,45 µm.
Le procédé selon l'invention conduit à l'obtention de poudres de
mannoprotéines sèches ayant les caractéristiques suivantes :
- teneur en matière sèche au moins égales à 92%, de préférence au
moins égales à 95% ;
- de préférence, teneur en protéines par rapport à la matière sèche
comprise entre 20 et 50%, de préférence entre 29 et 50% ;
- teneur en glucides totaux par rapport à la matière sèche
comprise entre 43 et 82%, de préférence entre 43 et 70%, et encore
de préférence entre 50 et 65%, dont au moins 80% et de
préférence au moins 90%, sont sous forme d'une chaíne de
mannose ;
- teneur en phosphore, exprimée en P205, par rapport à la matière
sèche comprise entre 1 et 5,75%, de préférence entre 2,75 et
5,75%, et encore de préférence entre 2,75 et 4,5%.
Les préparations en poudre de mannoprotéines obtenues selon
l'invention se caractérisent par le fait qu'en solution à 1 g/l dans l'eau elles
donnent une turbidité mesurée par néphélométrie à pH 3,5 inférieure ou
égale à 6 NTU, de préférence inférieure ou égale à 4 NTU et encore de
préférence inférieure ou égale à 3 NTU et qu'en solution à 1 g/litre dans
une solution hydroalcoolique à pH 3,5 et à 12° GL, elles donnent une
turbidité mesurée par néphélométrie inférieure ou égale à 35 NTU, de
préférence inférieure ou égale à 20 NTU et encore de préférence inférieure
ou égale à 10 NTU.
Toutes les mesures de turbidité sont réalisées à température
ambiante (20°C) avec un Turbidimètre de marque Hach Ratio®, Modèle
18900, vendu par la société Hach, régulièrement étalonné et possédant 3
plages de mesure : 0-2 NTU, 2-20 NTU, 20-200 NTU. Cette mesure dépend
du pH mais est indépendante de la température si celle-ci est comprise
entre 15°C et 25°C.
L'invention a également pour objet les poudres de mannoprotéines
solubles obtenues par un procédé selon l'invention, décrit ci-dessus.
EXEMPLE 1 :
a) Préparation des parois de cellules de levure ou écorces de levure.
Une crème de cellules de levure (suspension de cellules de levure
dans l'eau) de l'espèce Saccharomyces cerevisiae ayant entre 12 et 18% de
matière sèche (d'extrait sec) est autolysée à l'aide des enzymes internes des
dites levures selon les procédés classiques, avec ajout ou non de protéases
d'origine externe, telle que par exemple la papaïne. La crème de levure
après autolyse est pasteurisée et séparée en deux fractions :
- l'extrait solubilisé de levures ou extrait de levure ou autolysat
de levure correspondant à la digestion ou hydrolyse du
contenu cellulaire des levures par ses propres enzymes et les
protéases éventuellement ajoutées ;
- une fraction insoluble contenant essentiellement la paroi et la
membrane des cellules de levure, cette fraction représente
environ 30 à 50% de la matière sèche des levures mises en
oeuvre.
Cette première phase est conduite de manière à solubiliser entre 50
et 70% des cellules de levure, de préférence environ 60% des cellules de
levure. La fraction insoluble contenant essentiellement les parois de cellules
de levure est obtenue après séparation sous forme d'une suspension dans
l'eau, cette suspension de parois cellulaires ayant une teneur en matière
sèche comprise entre 10 et 15%, de préférence environ 12,5% de matière
sèche. Ces matières sèches de parois cellulaires ont la composition suivante
- teneur en azote par rapport à la matière sèche comprise entre
1,5 et 3%, dans cet exemple environ 2,5% ;
- teneur en glucides totaux par rapport à la matière sèche
comprise entre 40 et 60%, ces glucides contenant entre 30 et 40%
de mannanes ;
- teneur en lipides par rapport à la matière sèche comprise entre
20 et 30% ;
- teneur en matières minérales par rapport à la matière sèche
comprise entre 5 et 10% ;
- teneur en phosphore, exprimée en P2O5, par rapport à la matière
sèche comprise entre 2 et 3%.
b) Hydrolyse contrôlée des parois de cellules de levure issues de
l'autolyse des levures.
L'hydrolyse contrôlée des parois de cellules de levure est menée
entre pH 6 et 7, à quasi ébullition (entre 98 et 100°C) pendant 25 heures. Le
taux de solubilisation de la matière sèche est de 24%.
c) Séparation des fractions solubilisées et insolubles issues de l'étape
d'hydrolyse contrôlée.
La fraction solubilisée (contenant les mannoprotéines) est
récupérée, après dilution de la suspension hydrolysée par 2 à 3 fois son
volume d'eau froide (à une température comprise entre 10 et 20°C), en
écartant la fraction insoluble par centrifugation sur séparateur à buses (1
seul étage).
Le taux de récupération de la fraction solubilisée limpide est
d'environ 65%, le taux de récupération étant défini ici comme le rapport
exprimé en pourcentage de la masse de la fraction séparée et récupérée sur
la masse totale avant séparation.
Dans ces conditions, la séparation donne un surnageant (fraction
solubilisée) d'indice turbidimétrique égal à 10 NTU pour une teneur en
matière sèche d'environ 1%, la solution (fraction solubilisée) après
séparation ayant les caractéristiques suivantes :
- teneur en matière sèche comprise entre 0,5 et 3%, de préférence
entre 0,5% et 1,5% ;
- teneur en protéines (N x 6,25) par rapport à la matière sèche
comprise entre 15 et 50%, de préférence entre 30 et 50% ;
- teneur en glucides totaux par rapport à la matière sèche
comprise entre 40 et 80%, de préférence entre 40 et 67%, dont au
moins 80% de mannane, de préférence au moins 85% et encore
de préférence au moins 90% de mannane ;
- teneur en phosphore, exprimée en P205, par rapport à la matière
sèche comprise entre 2,75 et 4,5%.
d) Purification de la fraction solubilisée obtenue à l'issue de l'étape de
séparation (étape précédente).
La fraction solubilisée et séparée est préconcentrée par évaporation
sous vide du surnageant de séparation. La solution impure de
mannoprotéines est amenée à une teneur en matière sèche comprise entre
10 et 15%.
La fraction préconcentrée est réfrigérée puis maintenue à 4°C
pendant au moins 24 heures.
Les macromolécules colloïdales précipitées au froid sont séparées
par clarification centrifuge réalisée à 10 000 g minimum sur séparateur
autodébourbeur de type WESTFALIA ®. Le taux de récupération de la
fraction solubilisée épurée est de 95%.
Après concentration en boule (évaporateur sous vide à double
enveloppe) jusqu'à 30% de matière sèche et séchage ménageant par
atomisation, on obtient une poudre fine, de couleur crème, peu odorante,
soluble dans l'eau.
Cette poudre de mannoprotéines a une turbidité en solution
aqueuse ou dans le vin mesurée par néphélométrie à la concentration de
1 g/l :
- dans une solution aqueuse à pH 3,5 : 2,6 NTU
- dans une solution hydroalcoolique à 12°GL et à pH 3,5: 8,8
NTU
- dans différents vins blancs : comprise entre 10 et 12 NTU.
- La turbidité de ces mannoprotéines à pH neutre est de 1 NTU
(NTU eau pure : 0,15) à 1 g/litre.
La turbidité des poudres de mannoprotéines a été déterminée en
fonction de la concentration en mannoprotéines :
- d'une part, dans de l'eau distillée à pH compris entre 6 et 7 et,
- d'autre part, dans de l'eau à pH 3,5,
Les résultats sont donnés dans le tableau I ci dessous.
| concentration des mannoprotéines (en g/1) | 0,1 | 0,2 | 0,5 | 1 | 2 | 5 | 10 |
| turbidité en NTU dans l'eau distillée à pH entre 6 et 7 | 0,4 | 0,6 | 0,7 | 1 | 2 | 4 | 8,5 |
| turbidité en NTU dans l'eau à pH 3,5 | 1,3 | 1,9 | 2,2 | 2,6 | 5,3 | 11,8 | 22 |
Les mannoprotéines sèches obtenues ont les caractéristiques
suivantes :
- teneur en matière sèches : 96% ;
- teneur en protéines (N x 6,25) par rapport à la matière sèche :
43% ;
- teneur en glucides totaux par rapport à la matière sèche : 50%
dont 94% de mannanes ;
- teneur en phosphore, exprimée en P205, par rapport à la matière
sèche : 3,1% ;
- teneur en azote par rapport à la matière sèche : 6,9% ;
- teneur en matières minérales par rapport à la matière sèche :
6,7% ;
- teneur en glucanes par rapport à la matière sèche : 3%.
L'efficacité des poudres de mannoprotéines ainsi obtenues pour la
stabilisation tartrique des vins a été testée sur plusieurs vins différents,
rouges ou blancs, provenant de différentes origines et de différents
cépages.
Les poudres de mannoprotéines sont apportées à chaque vin en
solution concentrée à la dose de 0,2 g de poudre de mannoprotéines par
litre de vin, celui-ci est ensuite de préférence filtré sur membrane à 0,45
micromètre.
Ces essais ont montré que les mannoprotéines ainsi obtenues,
ajoutées à 0,2 g/litre à différents vins :
- n'interfèrent pas avec la perception gustative des vins (test
triangulaire d'évaluation sensorielle),
- affectent peu leur turbidité,
- dans le cadre d'essais de stabulation des vins à -4°C, retardent
selon les vins de 3 jours à au moins 17 jours l'apparition des
cristaux de bitartrate de potassium.
Cet exemple d'application industrielle des poudres de
mannoprotéines est un exemple parmi d'autres, il n'a pas de caractère
limitatif.
EXEMPLE 2 :
a) Préparation des parois de cellules de levures
Une crème de cellules de levure (Saccharomyces cerevisiae) ayant
environ 15% de matières sèches est autolysée selon les procédés classiques,
avec ajout de protéases au début de l'autolyse.
Le taux de solubilisation à la fin de l'autolyse des cellules de levure
est compris entre 65 et 70%, lors de la pasteurisation de l'ensemble de la
suspension, pasteurisation qui correspond à la fin du traitement d'autolyse
des cellules de levures entières.
La séparation de la fraction solubilisée correspondant à l'extrait de
levure valorisé en alimentation humaine et de la fraction insoluble
contenant les parois cellulaires est opérée par centrifugations successives,
avec remise en suspension des parois de cellule de levure dans l'eau, de
manière à obtenir des parois cellulaires ou écorces de levure bien lavées,
c'est-à-dire retenant un minimum de fractions cellulaires dissoutes.
Lesdites parois de cellules de levure ont la composition suivante,
rapportée à leur matière sèche :
teneur en azote sur matières sèches : 1,8% teneur en P2O5 sur matières sèches : 1,95%
b) Hydrolyse contrôlée des parois de cellules de levure issues de l'étape
ci-dessus
L'hydrolyse contrôlée des parois cellulaires issues de l'étape ci-dessus
est menée entre pH 6 et 7, à quasi ébullition, c'est-à-dire
pratiquement 100°C pendant 19 heures 30 minutes. Le taux de
solubilisation est de 18%.
c) Séparation des fractions solubilisées et insolubles issues de
l'hydrolyse contrôlée
La fraction solubilisée contenant les mannoprotéines est récupérée
comme dans l'étape correspondante de l'exemple 1 ci-dessus. Cette fraction
solubilisée a la composition approximative suivante, ramenée à ses
matières sèches :
protéines sur matières sèches : 26% matières minérales sur matières sèches : 8% glucides sur matières sèches : 66%, dont au moins
90% de mannanes.
d) Purification de la fraction solubilisée de mannoprotéines obtenue à l'issue de l'étape précédente
Cette purification est menée comme dans l'étape correspondante de
l'exemple 1, avec une préconcentration, une réfrigération à 4°C et une
clarification centrifuge à 15000g.
Cette purification est suivie d'une nouvelle concentration et d'un
séchage par atomisation.
Le produit obtenu a les caractéristiques suivantes :
teneur en matières sèches : 96% teneur en N sur matière sèche : 4,1%, soit teneur
en protéines sur matières sèches 4,1 x 6,25 = 25,6% teneur en P2O5 sur matière sèche : 4,2% teneur en matières minérales sur matière sèche : 8,2% teneur en mannanes sur matière sèche : 64% teneur en glucanes sur matière sèche : 1,2%
Cette poudre de mannoprotéines a une turbidité en solution à la
concentration de 1 g/l
dans une solution aqueuse à pH neutre : 1 NTU dans une solution aqueuse à pH 3,5 : 3 NTU dans une solution hydroalcoolique
à 12°GL et à pH 3,5 : 6 NTU